导读：金属钠元素储量丰富且成本低，钠离子电池（SIB）是一种很有前景的存储技术。SIB电池性能与电解液性能息息相关，因此开发高性能的电解液，对开发高性能SIB电池非常重要。当前所使用的六氟磷酸钠 (NaPF6)，吸湿性高且会产生有毒HF气体，不利于SIB的发展。
鉴于此，剑桥大学的Darren M.C. Ould等人开发了一系列硼酸钠盐电解液，电化学研究表明Na[B(hfip)4] ·DME和Na[B(pp)2]作为钠离子电池电解液展现出了优异的电化学性能。
图1为硼酸盐的热重分析图谱。如图所示，合成的硼酸盐在电池工作温度下都展现出了很好的热稳定性。其中，Na[B(hfip)4]·DME (图1a) 最先发生热分解，起始温度为166℃。
相比之下，Na[B(pp)2]·3DME (图1b) 和 Na[B(pp)2] (图1b') 表现出更高的热稳定性，起始温度分别为 328℃和 370℃。Na[B(pp)2]·3DME 在温度为 171℃时，由于DME溶剂的去除发生了24%的初始质量损失。
Figure 1. 硼酸钠盐的热重分析图（TGA）。
随后，对硼酸盐电解液的导电性进行了表征。如图2所示，1 M 的 Na[B(hfip)4]·DME溶液展现最大电导率10 mS/cm。相比之下，Na[B(pp)2]·3DME和 Na[B(pp)2] 电解液的电导率分别为 8.3 和 8.2 mS/cm。
Figure 2.硼酸钠盐电解液的导电性分析（溶剂为1/1的EC/DEC）。
图3表征了不同硼酸盐电解液在Na-Na 对称电池中的阻抗性能。如图3a所示，EIS谱由两个半圆组成，最大值分别为22 Hz和0.3 Hz。
较高频率的半圆与通过界面的离子传输相关，而较低频率的半圆（电容量为nF）归因于SEI晶界中的离子传输。
Figure 3. 电解液的阻抗性能表征：(a)不同电解液电池的EIS图谱以及(b)电池低频阻抗归一化RSEI与时间的关系图。
图4表征了使用1 M不同硼酸盐电解液电池的循环伏安性能。从图中可以看出，Na[B(pp)2] 电解质溶液测得的氧化电流比Na[B(hfip)4]·DME和 Na[B(pp)2]·3DME电解液的低两倍。
Figure 4.1 M不同电解液电池的循环伏安性能分析。
图5分析了不同电解液对电池电压与比容量的影响。电池以 C/5倍率进行10次充放电循环。在相同条件下比较了电池在第 1 次和第 10 次循环中的放电容量与电池电压之间的关系曲线。
Figure 5. 不同电解液电池的充放电性能测试，显示了电压与电池比容量关系。
文章来源： Sodium Borates: Expanding the Electrolyte Selection for Sodium-Ion Batteries.
https://doi.org/10.1002/anie.202202133.
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